JP2007066557A - チップ型避雷器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低背化が可能でかつ低コストで製造することができるチップ型避雷器及びその製造方法を得る。
【解決手段】 絶縁性を有する第１チップ体３１と絶縁性を有する第２チップ体３２とが接合部材８，２０，２１を介して一体的に接合された接合チップ体３３からなるチップ型避雷器。接合部材８，２０，２１は接合チップ体３３の全周囲にわたって形成されており、その厚みは対向電極６，７の厚みより厚い。第１チップ体３１と第２チップ体３２の間には接合部材８，２０，２１を外枠にして形成され、内部に不活性ガスが封入された放電空間３０を備えている。この放電空間３０の内部の第１チップ体３１の接合部材形成面にはマイクロギャップＧを有する一対の対向電極６，７が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チップ型避雷器、特に、電子回路や電子部品をサージ電圧から保護するチップ型避雷器及びその製造方法に関する。

従来より、この種のチップ型避雷器として、特許文献１に記載のものが知られている。図６に示すように、特許文献１のチップ型避雷器１００は、絶縁性を有するチップ体１０１と絶縁性を有するチップ体１０２とが一体的に接合され、接合チップ体１０３を構成している。

接合チップ体１０３の接合界面には、マイクロギャップ１０４を有するように一対の対向電極１０６，１０７が配設されている。接合チップ体１０３の外面両端部には一対の端子電極１０８，１０９が形成されており、それぞれビアホール導体１１１を介して対向電極１０６，１０７に電気的に接続されている。チップ体１０２には、マイクロギャップ１０４が臨む位置に凹部１０２ａが形成されている。凹部１０２ａの内部には不活性ガスが封入されている。

しかし、チップ型避雷器１００はチップ体１０２に凹部１０２ａを形成する必要があるため、機械的強度低下を防止するためチップ体１０２を厚くしなければならず、低背化が困難であった。また、凹部１０２ａを形成するための工程が必要なため、製造工程が複雑で高コストの一因となっていた。
特開平８−２３６２６０号公報

そこで、本発明の目的は、低背化が可能でかつ低コストで製造することができるチップ型避雷器及びその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るチップ型避雷器は、絶縁性を有する第１チップ体と絶縁性を有する第２チップ体とが接合部材を介して一体的に接合された接合チップ体と、第１チップ体又は第２チップ体の接合部材形成面にマイクロギャップを有するように形成された一対の対向電極と、を備え、第１チップ体と第２チップ体の間に接合部材を外枠にして放電空間が形成され、該放電空間の内部には不活性ガスが封入され、接合部材の厚みが対向電極の厚みより厚いこと、を特徴とする。

本発明に係るチップ型避雷器では、チップ体に凹部を形成しなくても、放電空間が確保されることになる。

本発明に係るチップ型避雷器においては、一対の対向電極にそれぞれ接続され、接合チップ体の外面両端部に設けられた一対の端子電極を備えていてもよい。さらに、対向電極と端子電極との間に電気的に接続され、第１チップ体と第２チップ体の間に架かるように放電空間内に設けられた一対の放電電極を備えていてもよい。マイクロギャップに加えて放電電極を備えることで、放電が分散してマイクロギャップの損傷が抑えられる。

本発明に係るチップ型避雷器の製造方法は、
第１チップ体を形成するための絶縁性を有する第１ウエハと第２チップ体を形成するための絶縁性を有する第２ウエハとを作製する工程と、
第１ウエハ又は第２ウエハの一面にマイクロギャップを有するように一対の対向電極を形成する工程と、
一対の対向電極が第１ウエハと第２ウエハの間に配置されるように、対向電極の厚みより厚い接合部材を介して第１ウエハと第２ウエハを不活性ガス雰囲気中で一体的に接合する工程と、
接合した第１ウエハと第２ウエハを一対の対向電極を含むようにダイシングし、第１チップ体と第２チップ体からなる接合チップ体を切り出す工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第１チップ体と第２チップ体を接合する際の接合部材を、対向電極の厚みより厚くすることにより放電空間を形成する。従って、チップ体を加工して凹部を形成する必要がなく、チップ型避雷器の低背化が可能となる。また、接合部材の厚みで放電空間を形成できるので、製造工程を簡略化することができ、低コストで製造できる。

以下に、本発明に係るチップ型避雷器及びその製造方法の実施例について添付図面を参照して説明する。

（第１実施例、図１及び図２）
図１は第１実施例であるチップ型避雷器の断面を示す。このチップ型避雷器は、第１チップ体３１と第２チップ体３２とが接合部材８，２０，２１を介して一体的に接合された接合チップ体３３と、マイクロギャップＧを有するように形成された一対の対向電極６，７と、内部に不活性ガスが封入された放電空間３０とで構成されている。

このチップ型避雷器は以下のような製造工程によって製作される。まず、図２（Ａ）に示すように、第１チップ体３１を形成するための絶縁性を有する第１ウエハ１を作製する。チップ型避雷器の低背化及び第１チップ体３１の機械的強度を考慮すれば、第１ウエハ１の厚さは０．１〜０．６ｍｍが望ましい。本第１実施例では、厚さが０．２ｍｍのシリコン基板とした。シリコン基板の表面にさらにＳｉＯ₂膜などの絶縁層を形成してもよい。なお、第１ウエハ１にはガラス基板などを用いてもよい。

この第１ウエハ１に、Ｗを主材料とする対向電極６，７をフッ素系ガスを用いたドライエッチング法で形成する。対向電極６，７はマイクロギャップＧを有している。対向電極６，７の材料はＷに限定するものではなく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｔａ，ＴａＮ，Ｐｔ，Ｐｄ，ＳｎＯ₂，Ｍｏなどの１種又は２種以上を用いて、印刷法、リフトオフ法、めっき法などによって形成してもよい。マイクロギャップＧの間隔Ｄは、チップ型避雷器の放電開始電圧に応じて適宜設定される（代表値：０．５〜１００μｍ）。対向電極６，７の厚みは、接合部材８，２０，２１の接合後の総厚みより薄いことが必要である。本第１実施例では、マイクロギャップＧの間隔Ｄは５μｍ、対向電極６，７の厚さは１μｍとした。

さらに、Ａｕ（厚さ代表値：０．１μｍ）／Ｃｕ（厚さ代表値：５．０μｍ）を主材料とする接合部材８を、第１ウエハ１上にリフトオフ法やめっき法で形成する。

次に、第２チップ体３２を形成するための絶縁性を有する第２ウエハ２を作製する。チップ型避雷器の低背化及び第２チップ体３２の機械的強度を考慮すれば、第２ウエハ２の厚さは０．１〜０．６ｍｍが望ましい。本第１実施例では、厚さが０．３ｍｍのシリコン基板とした。第２ウエハ２にはガラス基板などの透明性を有する基板を用いてもよい。

この第２ウエハ２に、Ｃｕを主材料とする接合部材２０（厚さ代表値：５．０μｍ）をリフトオフ法や印刷法やめっき法で形成した後、その上にＳｎ（厚さ代表値：７．０μｍ）／Ｃｕ（厚さ代表値：０．１μｍ）を主材料とする接合部材２１をリフトオフ法やめっき法で形成する。

さらに、接合部材２０，２１を形成した面とは反対の面に、ビアホール開口用及び接合用のアライメントマーク２５をリフトオフ法などによって形成する。

次に、図２（Ｂ）に示すように、一対の対向電極６，７が第１ウエハ１と第２ウエハ２の間に配置されるように、接合部材８，２０，２１を介して第１ウエハ１と第２ウエハ２を不活性ガス雰囲気中で一体的に接合する。より具体的には、加熱圧着により接合部材８のＣｕと接合部材２１のＳｎを合金化させる。このとき、接合部材２１のＳｎが溶解し、形成したパターンサイズより大きくなるが、接合部材２０がその受け皿となる。従って、接合部材２０は必ずしも必要なものではない。接合部材８のＣｕ上の薄いＡｕ層はＣｕの酸化防止のためのものである。

不活性ガスは高温でイオン化するものであればよく、空気の他にＨｅ，Ｎ₂，Ａｒ，Ｎｅ，ＳＦ₆，ＣＯ₂，Ｈ₂，Ｃ₂Ｆ₆などの１種又は２種以上の混合物が用いられる。ガス圧は本第１実施例の場合、８００Ｔｏｒｒとしたが、チップ型避雷器の放電開始電圧に応じて適宜設定される。

次に、図２（Ｃ）に示すように、第１ウエハ１に一定間隔で複数対のビアホール導体１１を形成する。具体的には、アルミナ膜をマスクとして使用して、ドライエッチングによりビアホール用孔（代表孔径：８０μｍ）を形成する。マスクはアルミナ膜に限定するものではなく、ドライエッチングに使用するフッ素系ガスでシリコン基板との選択性が得られるものであればよい。ドライエッチングの終点確認を容易にするために対向電極６，７の最下層にＰｔ膜を設けておくことが望ましい。

次に、全面にＣｕを主電極とする給電膜をめっきで形成するとともに、ビアホール用孔内をＣｕで充填する。その後、不要な給電膜をウェットエッチングにより除去する。さらに、ビアホール導体１１の直上にフォトエッチング法により電極パッド１３を形成した後、必要に応じてはんだバンプ１４を形成する。このビアホール導体１１と電極パッド１３とはんだバンプ１４は、対向電極６，７にそれぞれ接続され、端子電極として機能する。

なお、チップ型避雷器のさらなる低背化のために、ビアホール用孔を形成する前に第１ウエハ１を機械的研磨、研削、化学的ウェットエッチング、ドライエッチング、あるいはこれらの複合でさらに薄化してもよい。

次に、図２（Ｄ）に示すように、接合した第１ウエハ１と第２ウエハ２を一対の対向電極６，７ごとにダイシングし、第１チップ体３１と第２チップ体３２からなる接合チップ体３３を切り出す。この後、ビアホール開口用及び接合用のアライメントマーク２５を取り除く。

以上の方法により、チップ型避雷器が生産性良く低コストで製造される。

こうして得られたチップ型避雷器は、図１に示すように、絶縁性を有する第１チップ体３１と絶縁性を有する第２チップ体３２とが、接合部材８，２０，２１を介して一体的に接合された接合チップ体３３を有している。接合部材８，２０，２１は接合チップ体３３の全周囲にわたって形成されており、その総厚みは対向電極６，７の厚みより厚い。そして、第１チップ体３１と第２チップ体３２の間に接合部材８，２０，２１を外枠にして形成され、内部に不活性ガスが封入された放電空間３０を備えている。この放電空間３０の内部の第１チップ体３１の接合部材形成面にはマイクロギャップＧを有する一対の対向電極６，７が配置されている。接合チップ体３３の外面両端部には一対の端子電極（電極パッド１３、はんだバンプ１４）が設けられている。

以上のように、第１実施例であるチップ型避雷器は、第１チップ体３１と第２チップ体３２を接合する際の接合部材８，２０，２１を、対向電極６，７の厚みより厚くするだけで、放電空間３０が形成される。従って、チップ体を加工して凹部を形成する必要がなく、チップ型避雷器の低背化が可能となる。具体的には、図６に示した従来のチップ型避雷器１００の高さ寸法が０．８ｍｍであったのに対して、第１実施例であるチップ型避雷器の高さ寸法は０．５〜０．６ｍｍである。

また、接合部材８，２０，２１の厚みで放電空間３０を形成できるので、製造工程を簡略化することができ、低コストで製造できる。ちなみに、得られたチップ型避雷器の放電開始電圧は２００Ｖ、サージ耐量（８×２０μｓｅｃにて耐える電流値）は６００Ａであった。

（第２実施例、図３〜図５）
図３は第２実施例であるチップ型避雷器の断面を示す。このチップ型避雷器は、第１チップ体３１と第２チップ体３２とが接合部材８，２０，２１を介して一体的に接合された接合チップ体３３と、マイクロギャップＧを有するように形成された一対の対向電極６，７と、内部に不活性ガスが封入された放電空間３０と、放電空間３０内に設けられた放電電極９，２２，２３とで構成されている。

このチップ型避雷器は以下のような製造工程によって製作される。まず、図４（Ａ）に示すように、第１チップ体３１を形成するための絶縁性を有する第１ウエハ１を作製する。チップ型避雷器の低背化及び第１チップ体３１の機械的強度を考慮すれば、第１ウエハ１の厚さは０．１〜０．６ｍｍが望ましい。本第２実施例では、厚さが０．２ｍｍのシリコン基板とした。なお、第１ウエハ１にはガラス基板などを用いてもよい。

この第１ウエハ１に、Ａｕ（厚さ代表値：０．１μｍ）／Ｃｕ（厚さ代表値：５．０μｍ）を主材料とする接合部材８と放電電極９を、リフトオフ法やめっき法で形成する。

次に、第２チップ体３２を形成するための絶縁性を有する第２ウエハ２を作製する。チップ型避雷器の低背化及び第２チップ体３２の機械的強度を考慮すれば、第２ウエハ２の厚さは０．１〜０．６ｍｍが望ましい。本第２実施例では、厚さが０．３ｍｍのシリコン基板とした。第２ウエハ２にはガラス基板などの透明性を有する基板を用いてもよい。

この第２ウエハ２に、Ｃｕを主材料とする接合部材２０と放電電極２２（厚さ代表値：５．０μｍ）をリフトオフ法や印刷法やめっき法で形成する。次に、放電電極２２の一部と重なり合うように、Ｗを主材料とする対向電極６，７をフッ素系ガスを用いたドライエッチング法で形成する。対向電極６，７はマイクロギャップＧを有している。対向電極６，７の材料はＷに限定するものではなく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｔａ，ＴａＮ，Ｐｔ，Ｐｄ，ＳｎＯ₂，Ｍｏなどの１種又は２種以上を用いて、印刷法、リフトオフ法、めっき法などによって形成してもよい。マイクロギャップＧの間隔Ｄは、チップ型避雷器の放電開始電圧に応じて適宜設定される（代表値：０．５〜１００μｍ）。対向電極６，７の厚みは、接合部材８，２０，２１の接合後の総厚みより薄いことが必要である。本第２実施例では、マイクロギャップＧの間隔Ｄは５μｍ、対向電極６，７の厚さは１μｍとした。

その後、接合部材２０と放電電極２２の上に、Ｓｎ（厚さ代表値：７．０μｍ）／Ｃｕ（厚さ代表値：０．１μｍ）を主材料とする接合部材２１と放電電極２３をそれぞれリフトオフ法やめっき法で形成する。さらに、接合部材２０，２１等を形成した面とは反対の面に、ビアホール開口用及び接合用のアライメントマーク２５をリフトオフ法などによって形成する。

次に、図４（Ｂ）に示すように、一対の対向電極６，７が第１ウエハ１と第２ウエハ２の間に配置されるように、接合部材８，２０，２１を介して第１ウエハ１と第２ウエハ２を不活性ガス雰囲気中で一体的に接合する。より具体的には、加熱圧着により接合部材８のＣｕと接合部材２１のＳｎを合金化させている。このとき、同時に、放電電極９と放電電極２３も加熱圧着される。

次に、図４（Ｃ）に示すように、第１ウエハ１に一定間隔で複数対のビアホール導体１１を形成する。具体的には、アルミナ膜をマスクとして使用して、ドライエッチングによりビアホール用孔（代表孔径：８０μｍ）を形成する。

次に、全面にＣｕを主電極とする給電膜をめっきで形成するとともに、ビアホール用孔内をＣｕで充填する。その後、不要な給電膜をウェットエッチングにより除去する。さらに、ビアホール導体１１の直上にフォトエッチング法により電極パッド１３を形成した後、必要に応じてはんだバンプ１４を形成する。ビアホール導体１１と電極パッド１３とはんだバンプ１４は、放電電極９，２２，２３を介して対向電極６，７にそれぞれ接続され、端子電極として機能する。

なお、チップ型避雷器のさらなる低背化のために、ビアホール用孔を形成する前に第１ウエハ１を機械的研磨、研削、化学的ウェットエッチング、ドライエッチング、あるいはこれらの複合でさらに薄化してもよい。

次に、図４（Ｄ）に示すように、接合した第１ウエハ１と第２ウエハ２を一対の対向電極６，７ごとにダイシングし、第１チップ体３１と第２チップ体３２からなる接合チップ体３３を切り出す。この後、ビアホール開口用及び接合用のアライメントマーク２５を取り除く。

以上の方法により、チップ型避雷器が生産性良く低コストで製造される。

こうして得られたチップ型避雷器は、図３に示すように、絶縁性を有する第１チップ体３１と絶縁性を有する第２チップ体３２とが、接合部材８，２０，２１を介して一体的に接合された接合チップ体３３を有している。接合部材８，２０，２１は接合チップ体３３の全周囲にわたって形成されており、その総厚みは対向電極６，７の厚みより厚い。そして、第１チップ体３１と第２チップ体３２の間に接合部材８，２０，２１を外枠にして形成され、内部に不活性ガスが封入された放電空間３０を備えている。この放電空間３０の内部の第２チップ体３２の接合部材形成面にはマイクロギャップＧを有する一対の対向電極６，７が配置されている。接合チップ体３３の外面両端部には一対の端子電極（電極パッド１３、はんだバンプ１４）が設けられている。さらに、対向電極６，７と端子電極との間に電気的に接続され、第１チップ体３１と第２チップ体３２の間に架かるように放電空間３０内に設けられた一対の放電電極９，２２，２３を備えている。

以上の構成からなるチップ型避雷器は、前記第１実施例と同様の作用効果を奏するとともに、マイクロギャップＧに加えて放電電極９，２２，２３を備えることで、放電が一対の放電電極９，２２，２３間でも発生するので、放電が分散してマイクロギャップＧの損傷を抑えることができる。ちなみに、得られたチップ型避雷器の放電開始電圧は２００Ｖ、サージ耐量（８×２０μｓｅｃにて耐える電流値）は７００Ａであった。

（他の実施例）
なお、本発明に係るチップ型避雷器及びその製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、前記第１実施例において、接合部材８、２０，２１の材料として、感光性接着樹脂などを用いてもよい。また、前記第２実施例において、対向電極６，７を形成した後、接合部材２０と放電電極２２を形成してもよい（図５参照）。

本発明に係るチップ型避雷器の第１実施例を示す断面図である。 図１に示したチップ型避雷器の製造方法を説明するための断面図である。 本発明に係るチップ型避雷器の第２実施例を示す断面図である。 図３に示したチップ型避雷器の製造方法を説明するための断面図である。 図３に示したチップ型避雷器の変形例を示す断面図である。 従来のチップ型避雷器を示す断面図である。

符号の説明

１…第１ウエハ
２…第２ウエハ
６，７…対向電極
８，２０，２１…接合部材
９，２２，２３…放電電極
１３…電極パッド
１４…はんだバンプ
３１…第１チップ体
３２…第２チップ体
３３…接合チップ体
Ｇ…マイクロギャップ

Claims (4)

1. 絶縁性を有する第１チップ体と絶縁性を有する第２チップ体とが接合部材を介して一体的に接合された接合チップ体と、
   前記第１チップ体又は前記第２チップ体の接合部材形成面にマイクロギャップを有するように形成された一対の対向電極と、を備え、
   前記第１チップ体と前記第２チップ体の間に前記接合部材を外枠にして放電空間が形成され、該放電空間の内部には不活性ガスが封入され、
   前記接合部材の厚みが前記対向電極の厚みより厚いこと、
   を特徴とするチップ型避雷器。
2. 前記一対の対向電極にそれぞれ接続され、前記接合チップ体の外面両端部に設けられた一対の端子電極を備えていることを特徴とする請求項１に記載のチップ型避雷器。
3. 前記対向電極と前記端子電極との間に電気的に接続され、前記第１チップ体と前記第２チップ体の間に架かるように前記放電空間内に設けられた一対の放電電極を備えていることを特徴とする請求項２に記載のチップ型避雷器。
4. 第１チップ体を形成するための絶縁性を有する第１ウエハと第２チップ体を形成するための絶縁性を有する第２ウエハとを作製する工程と、
   前記第１ウエハ又は前記第２ウエハの一面にマイクロギャップを有するように一対の対向電極を形成する工程と、
   前記一対の対向電極が前記第１ウエハと前記第２ウエハの間に配置されるように、前記対向電極の厚みより厚い接合部材を介して前記第１ウエハと前記第２ウエハを不活性ガス雰囲気中で一体的に接合する工程と、
   前記接合した第１ウエハと第２ウエハを前記一対の対向電極を含むようにダイシングし、第１チップ体と第２チップ体からなる接合チップ体を切り出す工程と、
   を備えたことを特徴とするチップ型避雷器の製造方法。

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